Đồ án Thiết kế và thi công robot dọn rác bề mặt sông

pdf 94 trang yendo 12/05/2021 2150
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Thiết kế và thi công robot dọn rác bề mặt sông", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_thiet_ke_va_thi_cong_robot_don_rac_be_mat_song.pdf

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và thi công robot dọn rác bề mặt sông

  1. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM KHOA XÂY DỰNG VÀ CƠ HỌC ỨNG DỤNG BỘ MƠN CƠ TIN  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG ROBOT DỌN RÁC BỀ MẶT SƠNG GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐỒN SVTH: BÙI THỊ ÁNH QUỐC MSSV: 07106054 SVTH: VÕ THÀNH LUẬN MSSV: 07106045 SVTH: TRƢƠNG HỮU TỒN MSSV: 07106059 P.HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2012 i
  2. Bộ Giáo dục và Đào tạo Cộng Hồ Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Khoa Xây Dựng & Cơ Học Ứng Dụng o0o Bộ mơn Cơ Tin o0o NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên : Bùi Thị Ánh Quốc MSSV: 07106054 Võ Thành Luận MSSV: 07106045 Trƣơng Hữu Tồn MSSV: 07106059 Lớp 07106 Ngành Cơ tin kỹ thuật 1. TÊN ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG ROBOT DỌN RÁC BỀ MẶT SƠNG 2. NHIỆM VỤ: - Thiết kế và thi cơng mơ hình Robot dọn rác dựa trên yêu cầu thực tế. - Tính tốn và kiểm tra bền những phần quan trọng của Robot. - Thiế kế và thi cơng mạch điều khiển Robot. - Xây dựng chƣơng trình giải thuật lập trình để điều khiển Robot. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: / /2011 Ngày hồn thành nhiệm vụ: 13/01/2012 Họ và tên giáo viên hƣớng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Đồn Họ và tên giáo viên phản biện: Th.S Dƣơng Đăng Danh Nội dung và yêu cầu ĐATN đã thơng qua Bộ mơn. Ngày tháng năm 2012 CHỦ NHIỆM BỘ MƠN GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MƠN: Ngƣời duyệt (chấm sơ bộ): Đơn vị: Ngày bảo vệ: Điểm tổng kết: Nơi lƣu trữ dự án: ii
  3. LỜI NĨI ĐẦU    Sau thời gian gần năm năm học tập và nghiên cứu trên ghế giảng đƣờng. Nhận đƣợc rất nhiều sự hƣớng dẫn và dạy dỗ tận tình của các thầy cơ giáo về chuyên mơn lẫn đạo đức. Luận văn tốt nghiệp là sản phẩm cĩ ý nghĩa nhất của bất kì một sinh viên nào. Nĩ là sự kết tinh của tất cả những kiến thức mà sinh viên đã lĩnh hội đƣợc trong quá trình học tập tại trƣờng cũng nhƣ những những kiến thức tự học tập đƣợc của mỗi sinh viên. Với thời đại khoa học cơng nghệ phát triển mạnh mẽ nhƣ ngày nay, thì con ngƣời luơn cĩ khuynh hƣớng kết hợp rất nhiều lĩnh vực cơng nghệ vào những sản phẩm . Đặc biệt là sự kết hợp mạnh mẽ giữa cơ khí, tự động hĩa, điện – điện tử, tin học nhằm đem lại hiệu quả thiết thực và cao nhất. Chính vì vậy đề tài “ Thiết kế và thi cơng Robot dọn rác bề mặt sơng ”. Thứ nhất đề tài đƣợc xem là một trải nghiệm thực sự để nhĩm cĩ thể vận dụng những gì đã học tập và nghiên cứu nhằm cho ra một sản phẩm thật sự hữu ích và cĩ giá trị sử dụng. Thứ hai việc chọn và thực hiện đề tài nhằm múc đích giải quyết một vẫn đề nhức nhối là tình trạng ơ nhiễm tại các con sơng trên địa bàn Thành Phố Hồ Chí Minh nĩi riêng cũng nhƣ cả nƣớc nĩi chung. Và đĩ cũng là lý do và mục đích đề ra để nhĩm thực hiện đề tài đạt đƣợc. iii
  4. LỜI CẢM ƠN    Trƣớc tiên,chúng em xin đƣợc gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhất đến thầy Nguyễn Văn Đồn- ngƣời đã hết sức tạo điều kiện và tận tình hƣớng dẫn, gĩp ý, động viên chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện đồ án này. Xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cơ thuộc Khoa Xây Dựng & Cơ Học Ứng Dụng trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM, những ngƣời đã trang bị cho chúng em những kiến thức cơ bản, cũng nhƣ đã nhiệt tình hƣớng dẫn giúp đỡ chúng em trong suốt khĩa học vừa qua. Và sau cùng xin đƣợc cảm ơn, chia sẻ niềm vui này với gia đình, ngƣời thân, bạn bè cùng tập thể lớp Cơ Tin khĩa 2007 -những ngƣời đã luơn ở bên, quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để chúng tơi đƣợc học tập, nghiên cứu và hồn thành đồ án tốt nghiệp này. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 01 năm 2012 NHĨM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Bùi Thị Ánh Quốc Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn iv
  5. Nhận xét của giáo viên hƣớng dẫn TP.HCM, ngày tháng năm 2012 Th.S Nguyễn Văn Đồn v
  6. Nhận xét của giáo viên phản biện TP.HCM, ngày tháng năm 2012 Th.S Dƣơng Đăng Danh vi
  7. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn MỤC LỤC Chƣơng I: DẪN NHẬP 3 I. ĐẶT VẤN ĐỀ 3 II. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI 3 III. MỤC TIÊU CỦA ĐỂ TÀI 4 IV. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 4 V. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 5 VI. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 5 Chƣơng II: CƠ SỞ LÝ LUẬN 6 I. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 6 1.1 Hiện trạng ơ nhiễm mơi trƣờng nƣớc do rác thải. 6 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và hƣớng giải quyết. 7 II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TIẾP CẬN 9 2.1Cơ sở tính tốn Robot. 9 2.1.1 Các khái niệm về lực: 9 2.1.2 Thanh chịu xoắn: 10 2.1.3 Nguyên lý lực đẩy Archimedes (Tính độ nổi phao của Robot). 14 2.1.4 Lý thuyết các phần tử của hệ động lực tàu. 16 2.2 Cơ sở lý thuyết điều khiển hệ thống. 18 2.2.1 Lý thuyết sĩng RF chuẩn truyền UART. 18 2.2.2 Phương pháp điều khiển động cơ DC bằng PWM (Pulse Width Modulation). 21 2.2.3 Chuyển đổi tín hiệu ADC – DAC đọc quá dịng và joystick tay bấm. 22 Chƣơng III: NỘI DUNG 23 I. XÂY DỰNG MƠ HÌNH ROBOT 23 1.2 Các phương án thiết kế. 24 1.3 Nguyên lý hoạt động của Robot. 26 1.4 Tính tốn cho Robot. 27 2.3 Tính chọn trục chân vịt và kiểm tra bền. 31 Bùi Thị Ánh Quốc Trang 1 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  8. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 33 3.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển. 33 3.1 Tay bấm điều khiển. 34 3.2 Mạch điều khiển trung tâm. 35 3.3 Module sĩng RF. 41 3.4 Động cơ DC và thiết bị đẩy ( chân vịt ) 41 3.5 Xây dựng tồn bộ giải thuật điều khiển hệ thống. 43 Chƣơng IV: CHẾ TẠO MƠ HÌNH ROBOT 51 I. Ống nhựa PVC Bình Minh. 51 II. Các chi tiết cơ khí. 56 Chƣơng V: KẾT LUẬN 61 I. NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 61 5.1 Về nghiên cứu lý thuyết: 61 5.2 Về thiết kế kết cấu khung Robot: 61 5.3 Về thiết kế điều khiển: 61 II. NHỮNG KẾT QUẢ CHƢA ĐẠT ĐƢỢC VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 62 III. HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 64 Phần A: VI ĐIỀU KHIỂN 64 I. Tổng quan về họ vi điều khiển AVR 64 Thanh ghi DDRx 67 PhầnB: MỘT SỐ CODE CHÍNH CỦA CHƢƠNG TRÌNH 70 Bùi Thị Ánh Quốc Trang 2 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  9. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Chƣơng I: DẪN NHẬP I. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thời đại ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Khoa học cơng nghệ nĩi riêng và tất cả các ngành, các lĩnh vực nĩi chung. Song song với sự phát triển đĩ thì vẫn đề ơ nhiễm mơi trƣờng vẫn đang là một điểm nhấn nguy hiểm cho mơi trƣờng sống của con ngƣời trên tồn thế giới. Sự ơ nhiễm cho đến thời điểm hiện tại thì khơng chỉ dừng lại cụ thể ở mơi trƣờng sống nào mà cĩ thể nĩi là tất cả. Chính vì vậy việc bảo vệ và cải thiện mơi trƣờng sống khơng chỉ đơn thuần là mọi ngƣời tự ý thức về cách sống về suy nghĩ mà cụ thể là những giải pháp, những gì mà thực tiễn để bắt tay vào làm sạch sự ơ nhiễm đĩ. Cho nên đề tài “ Thiết kế và thi cơng Robot dọn rác bề mặt sơng “ của nhĩm thực hiện là những tân kỹ sƣ trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM ngồi việc ý tƣởng và mong muốn gĩp phần cải tạo mơi trƣờng ơ nhiễm,đĩ cịn là sự vận dụng trải nghiệm những gì đã học đƣợc vào đề tài nhằm đạt đƣợc mục đích đề ra sao cho hiệu quả nhất. II. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI Thơng qua việc thực hiện đề tài “ Thiết kế và thi cơng Robot dọn rác bề mặt sơng “ này ngồi việc nhĩm thực hiện cĩ cơ hội vận dụng đƣợc những kiến thức mà đã đƣợc đào tạo trong suốt quá trình học tập tại trƣờng, thì nhĩm cịn đƣợc trƣợc tiếp làm ra một mơ hình thực tế, trải nghiệm đƣợc rất nhiều điều thực tiễn mà một ngƣời kỹ sƣ tƣơng lai rất cần khi ra trƣờng. Cĩ cơ hội học tập và nghiên cứu thêm những kiến thức về lĩnh vực điện – điện tử, cơng nghệ tự động, lập trình Bƣớc đầu cĩ đƣợc mơ hình Robot vớt rác thực tế trên các con sơng đang bị ơ nhiễm trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh. Một phần ý tƣởng thực hiện đề tài cịn mới mẻ nên cĩ thể làm cơ sở để kế thừa và cải tiến sau này nhằm hồn thiện Robot. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 3 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn III. MỤC TIÊU CỦA ĐỂ TÀI - Trực tiếp tìm hiểu những sản phẩm cĩ sẵn ngồi thị trƣờng để thiết kế mơ hình 3D, nghiên cứu và ứng dụng những cơng nghệ tự động, điện-điện tử cĩ sẵn vào việc điều khiển lập trình cho Robot. - Sử dụng kiến thức mơn hình họa vẽ kỹ thuật và kết hợp với phần mềm để thiết kế mơ hình Robot trên phần mềm ProEngineer Wildfire 5.0 - Áp dụng kiến thức cơ sở nghành: Cơ lý thuyết, nguyên lý – chi tiết máy, sức bền vật liệu vào việc tính tốn thực tế. Ngồi ra cịn tiềm hiểu về kiến thức tự động hĩa tính tốn thiết kế tàu, chân vịt về lĩnh vực hàng hải để áp dụng tính tốn những vấn đề liên quan. - Vận dụng kiến thức nghành liên quan nhƣ: Kỹ thuật điện-điện tử, vi điều khiển, sử dụng phần mềm Orcad và Protues để thiết kế và mơ phỏng mạch điều khiển - Thi cơng mạch điều khiển và mơ hình Robot từ bản thiết kế. - Xây dựng giải thuật chƣơng trình điều khiển. Lập trình điểu khiển Robot sử dụng vi điều khiển ATmega8 với phần mềm Code VisionAVR 2.05 IV. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Do ý tƣởng thiết kế và thực hiện đề tài là Robot giọn rác bề mặt sơng cịn khá mới mẻ và thời gian thực hiện đề tài tƣơng đối ngắn, cùng với việc thi cơng chế tạo mơ hình Robot, cũng nhƣ trình độ chuyên mơn của nhĩm thực hiện đề tài cĩ hạn và nhiều yếu tố khách quan khác Chúng em đã cố gắng hết sức để hồn thành bản thuyết mình cũng nhƣ mơ hình đồ án này, nhƣng chỉ giải quyết đƣợc một số vấn đề chính đặt ra : - Thiết kế, tính tốn những phần quan trọng của Robot dọn rác: Tính lực nổi của tồn bộ Robot theo nguyên lý lực đẩy Archimedes. Từ yêu cầu thực tế, tính tốn vận tốc làm việc của Robot từ đĩ tính chọn động cơ và chân vịt phù hợp theo điều kiện sản xuất ngồi thị trƣờng. Tính tốn bền cho khung Robot. Tính tốn bền cho trục và khợp nối từ động cơ ra chân vịt - Bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp của mơ hình Robot. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 4 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn - Thiết kế thi cơng Board mạch cũng chƣ hệ thống điều khiển Robot. - Lập trình điều khiển Robot từ xa thơng qua module RF sử dụng truyền thơngtheo chuẩn UART, cũng nhƣ lập trình cho Board chính để kết nối dùng vi điều khiển AT mega8 trên phần mềm Code VisionAVR 2.05 - Thi cơng chế tạo đƣợc mơ hình Robot dọn rác bề mặt sơng. V. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu các tài liệu, sách báo, giáo trình cĩ liên quan, các tài liệu chuyên mơn dùng trong việc tính tốn cũng nhƣ điều khiển lập trình trên các trang Web cũng nhƣ trên các diễn đàn mạng Internet. Tìm hiểu các cơ cấu truyền động cũng nhƣ kiểu dáng canơ mơ hình để hỗ trợ trong việc thiết kế Robot. VI. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU Về phƣơng pháp nghiên cứu: - Tìm hiểu, khảo sát, tham khảo tài liệu, diễn đàn về kiểu dáng thiết kế cũng nhƣ cở sở tính tốn chuyên nghành. - Đề ra ý tƣởng chung và dùng phƣơng pháp loại trừ thống nhất kết cấu kiểu dáng thiết kế và cơng việc thực hiện. - Tiến hành chạy thực nghiệm đánh giá kết quả để so sánh mục tiêu đặt ra từ đĩ rút ra tính khả thi của đồ án. Về phƣơng tiện nghiên cứu: - Thiết kế mơ hình và tính tốn độ bền khung Robot bằng phần mềm ProEngineer Wildfire 5.0 và Visual Nastran - Thiết kế Board mạch và lập trình điều khiển Robot bằng vi điều khiển ATmega8 cùng với bộ thu phát tín hiệu RF bằng các phần mềm: Orcad, Protues, Code VisionAVR 2.05 Bùi Thị Ánh Quốc Trang 5 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Chƣơng II: CƠ SỞ LÝ LUẬN I. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Hiện trạng ơ nhiễm mơi trƣờng nƣớc do rác thải. Rác thải ở Việt Nam đang là một hiện trạng đáng lo ngại. Cùng với sự phát triển kinh tế, gia tăng dân số cộng với sự lãng phí tài nguyên trong thĩi quen sinh hoạt của con ngƣời, rác thải cĩ số lƣợng ngày một tăng, thành phần ngày càng phức tạp và tiềm ẩn ngày càng nhiều nguy cơ độc hại với mơi trƣờng và sức khoẻ con ngƣời. Là một nƣớc đang đang phát triển, tốc độ tăng các rác thải sinh hoạt ở cả thành phố và nơng thơn, rác thải cơng nghiệp, y tế ở nƣớc ta cịn nhanh hơn nhiều các nƣớc khác, từ năm 2003 đến 2008 tăng gấp hai lần. Tình hình trong thời gian gần đây đã trở nên bức xúc, đặc biệt ở 3 thành phố lớn là Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh và Đà Nẵng. Ví dụ tại Hà Nội, khối lƣợng rác thải sinh hoạt tăng trung bình 15%/năm, vởi tổng lƣợng ƣớc tính 5.000 tấn/ngày đêm, và dự đốn chỉ sang năm (2012) cĩ thể khơng cịn chỗ để đổ rác. Thành phố Hồ Chí Minh mỗi ngày cĩ trên 7.000 tấn rác thải sinh hoạt, mỗi năm cần 235 tỷ đồng để xử lý. Hình 1.1: Những bịch nilon rác thải trên một con kênh tại TP.HCM Bùi Thị Ánh Quốc Trang 6 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Đặt biệc là các hồ nằm trong cơng trình cơng cộng hoặc dọc theo các con đƣờng đều bị ảnh hƣởng bởi rác thải, mà nguyên nhân chính là do ý thức ngƣời quá kém trong việc giữ vệ sinh chung, vì mục đích bảo vệ mơi trƣờng. Hình 1.2: Xả rác suống Hồ Hồn Kiếm sau lễ hội phố hoa dịp đầu năm 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và hƣớng giải quyết. Trƣớc tình hình ơ nhiễm trầm trọng mơi trƣờng nƣớc do rác thải và sự trơi nổi dày đặt của bèo, thực vật sống trơi nổi trên sơng làm cản trở phƣơng tiện đƣờng thủy. Cũng một phần cơng nghệ chế tạo khơng phức tạp và đƣợc khuyến khích nhƣ hiện nay thì việc nghiên cứu chế tạo ra những sản phẩm giúp cải thiện cho việc ơ nhiễm do rác thải đang đƣợc đầu tƣ cĩ mục đích và hiệu quả trong nƣớc ta hiện nay.  Hệ thống cắt, vớt rong. Rác thải trên kênh, rạch, song, hồ của Trung tâm Nghiên cứu và phát triển cơng nghệ - Máy cơng nghiệp ( Trƣờng đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh ) Bùi Thị Ánh Quốc Trang 7 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Hình 1.3: Hệ thống máy ăn bèo hoạt động trên song Hệ thống máy bao gồm một máy chính và một thiết bị phụ trợ. Hệ thống máy cĩ thể thực hiện đƣợc các chức năng nhƣ: cắt và vớt rong, cỏ dại dƣới mặt nƣớc ở độ sâu tối đa 1,5 m cùng với chiều rộng 2,36 m; vớt lục bình, rác thả nổi trên mặt nƣớc và lơ lửng ở độ sâu 0,5 m - bề rộng 4 m; chuyển tải vật sau khi cắt, vớt lên bờ hoặc đƣa lên phƣơng tiện vận chuyển đƣa đi nơi khác chế biến. Hệ thống cĩ thể đƣợc ứng dụng trong hoạt động các cơng ty cơng ích của các đơ thị, cơng ty khai thác cơng trình thủy lợi.  Thiết bị tự động thu gom rác trên song do kỹ sƣ Hồng Tử Cƣờng, Tổng Cơng ty Cơ khí Giao thơng vận tải Sài Gịn đã nghiên cứu và chế tạo. Hình 1.4: Tàu vớt rác tự động trên sơng, biển Bùi Thị Ánh Quốc Trang 8 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Thiết bị này giống nhƣ một con tàu thơng thƣờng nhƣng cĩ hai thân riêng biệt, dạng phao nổi, liên kết với nhau bởi phần khung sàn tàu cao hơn mặt nƣớc, đầu thân tàu gắn với cánh tay gom rác. Vì vậy, khi tàu chuyển động sẽ tạo nên một dịng chảy mang theo rác nổi vào thân tàu hứng. Rác sẽ đƣợc tự động gom vào giữa thân tàu và đổ về thùng chứa mà khơng phải nhờ đến sức lực, thao tác của cơng nhân. Tàu gồm các phần nhƣ: boong chính, thiết bị lái, truyền động lái, thiết bị neo, chằng buộc, thiết bị cứu sinh, thiết bị cứu hỏa và các thiết bị tín hiệu Theo thiết kế, tàu vớt rác đƣợc sử dụng tại các sơng, kênh, rạch và các hồ cĩ chiều sâu nƣớc từ 1,2m trở lên. Chiếc tàu này cĩ kết cấu cơ bản kiểu 2 thân dạng phao nổi, khi tàu chạy tạo dịng chảy ở giữa thiết bị. Tàu cĩ 2 cánh hƣớng rác cĩ độ mở rộng 4m, khi tàu chạy, rác nổi đƣợc hƣớng vào luồng chảy giữa 2 thân phao. Tại khoảng giữa của tàu cĩ trang bị một lƣới chắn rác và gàu vớt rác. Khi rác vào đầu gầu, cơng nhân chỉ việc ấn nút là gàu vớt rác tự động lật lên đổ rác vào thùng đƣợc đặt trên mâm quay. Ngồi ra, tàu vớt rác cịn đƣợc trang bị các thiết bị an tồn bao gồm cịi, đèn xoay, đèn làm việc và phao cứu sinh Tuy nhiên mặc khuyết điểm cảu các máy vớt rác này là chỉ làm việc đƣợc ở những con sơng, kênh rạch cĩ diện tích lớn. Trong khi đĩ thì tính chất những rác nổi nhỏ luơn bị trơi dạt, gom lại thành khối và tấp và gần bờ, gần những chân bờ đá trong các hồ địa hình chật hẹp giới hạn về khơng gian làm việc. Chính vì vậy những giải pháp sang kiến nhƣ những Robot vớt rác cĩ thể làm việc ở các địa hình phức tạp trong các kênh, hồ Thành Phố là rất cần thiết và mang tính khả thi cao. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TIẾP CẬN 2.1 Cơ sở tính tốn Robot. 2.1.1 Các khái niệm về lực: Ngoại lực: Là tác dụng của mơi trƣờng bên ngồi hay của các vật thể khác lên vật thể khảo sát. Ngoại lực bao gồm tải trọng và phản lực liên kết. Nội lực: Dƣới tác dụng của ngoại lực, lực tƣơng tác giữa các phân tử của vật thể sẽ thay đổi để chống lại sự dịch chuyển bên trong vật thể đĩ gọi là nội lực. Tải trọng: Là các tác động dƣới dạng lực bên ngồi tác dụng lên vật thể gây ra sự thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng so với trạng thái cân bằng ban đầu. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 9 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Phản lực liên kết: Là những lực thụ động, phát sinh tại nơi tiếp giáp giữa vật thể khảo sát và vật thể xung quanh khi cĩ tác dụng của tải trọng. Mơmen xoắn: Là một đại lƣợng trong vật lý, thể hiện tác động gây ra sự quay quanh một điểm hoặc một trục của một vật thể. Nĩ là khái niệm ở rộng cho chuyển động quay từ khái niệm lực trong chuyển động thẳng. Mơmen xoắn cịn đặc trƣng cho khả năng chịu tải tức thời của động cơ và đƣợc truyền tới thiết bị đẩy là chân vịt của tàu thơng qua hệ trục truyền động tạo lực đẩy. Ứng suất: Tại một điểm trên mặt cắt là cƣờng độ của nội lực trên một đơn vị  diện tích tại điểm đĩ, nĩ gọi là đại lƣợng véc tơ. Cĩ thể phân ứng suất p thành hai thành phần: một trên phƣơng pháp tuyến n của mặt cắt gọi là ứng suất pháp tuyến ký hiệu  , một nằm trong mặt cắt gọi là ứng suất tiếp tuyến ký hiệu  . Ta cĩ hệ thức: p2  2 2 Vậy ứng suất đặc trƣng cho mức độ chịu đựng của vật liệu tại một điểm. Nếu ứng suất vƣợt quá một giới hạn nào đĩ thì vật liệu bị phá hoại, việc xác định ứng suất là cơ sở đánh giá mức độ an tồn của vật liệu. 2.1.2 Thanh chịu xoắn: Thanh chịu xoắn thuần túy khi trên mọi mặt cắt ngang chỉ tồn tại một thành phần ứng lực . Hình 1.5: Các trƣờng hợp thanh chịu xoắn thuần túy Bùi Thị Ánh Quốc Trang 10 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Thanh chịu xoắn thƣờng đƣợc gọi đối với trục. Trục truyền lực, trục động cơ, những dầm cầu đƣờng ơ tơ cũng cĩ thể bị xoắn nếu tải trọng khơng đặt đúng tim cầu.  Cơng thức tính ứng suất tiếp trên tiết diện: ( Theo tài liệu SỨC BỀN VẬT LIỆU, Lê Thanh Phong, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh) Theo các giả thiết đã nêu, ta cĩ thể xem: trên tiết diện ứng suất pháp bằng khơng, chỉ tồn tại ứng suất tiếp vuơng gĩc với bán kính tiết diện, là kết quả của biến dạng trƣợt do các mặt cắt ngang xoay tƣơng đối với nhau quanh trục z . Xét phân tố tách ra nhƣ hình 6.3a, giới hạn bởi hai mặt vuơng gĩc với trục cĩ tọa độ z và z dz. Tiếp tục tách ra phân tố con (hình 6.3b) giới hạn bởi hai mặt trụ bán kính R , d và hai mặt cắt nhau bởi giao tuyến là trục z , hợp với nhau một gĩc d . Trạng thái ứng suất tại mọi điểm của trục là trạng thái trƣợt thuần túy. Hình 1.6: Phân tích biến dạng thanh chịu xoắn Tiết diện bên trái, ở tọa độ z, cĩ gĩc xoay . Tiết diện bên phải, ở tọa độ z dz, sẽ cĩ gĩc xoay d . Hiệu số d , là gĩc xoay tƣơng đối của hai tiết diện cách nhau một đoạn dz, đƣợc gọi là gĩc xoắn của đoạn trục cĩ chiều dài dz. Bán kính của tiết diện bên phải cũng cĩ gĩc xoay tƣơng đối so với bán kính tƣơng ứng của tiết diện bên trái.  là biến dạng gĩc vuơng của phân tố hay cịn gọi là gĩc trƣợt, ta cĩ: AA d  1  (a). dz dz Bùi Thị Ánh Quốc Trang 11 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Trị số  là gĩc xoay tƣơng đối giữa hai mặt cắt cách nhau một đơn vị chiều dài gọi là gĩc xoắn tỷ đối của thanh - là hằng số trên tiết diện, và là hàm số theo tọa độ z, thứ nguyên [Rad]/[chiều dài]: d  (6.1). dz Theo định luật Hooke về trƣợt:  G G (b). Theo định nghĩa: tổng mơmen đối với trục z của các ứng suất tiếp trên tồn tiết diện chính là mơmen xắn M : M  dF G 2dF F z z F F (c). Tích  là hằng số trên tiết diện, 2 dF là mơmen quán tính cực của tiết diện G J F đối với tâm nên Mz G.J hay: M G z (6.2). J Thay (6.2) vào (b) ta nhận đƣợc cơng thức tính ứng suất tiếp trên tiết diện: M  z (6.3). J Biểu đồ ứng suất tiếp trên tiết diện: Ứng suất tiếp trên tiết diện cĩ phƣơng vuơng gĩc với bán kính, cĩ chiều của mơmen xoắn Mz và cĩ trị số phụ thuộc bậc nhất với khoảng cách từ tâm đến điểm tính ứng suất (xem hình 6.4). td Mz d Mz  max . (6.4). J 2 W J J W đƣợc gọi là mơmen chống xoắn, là đặc trƣng hình học của max d / 2 tiết diện, cĩ thứ nguyên chiều dài3 . Bùi Thị Ánh Quốc Trang 12 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Hình 1.7: Biểu đồ phân bố ứng suất trên tiết diện của thanh chịu xoắn thuần túy Với tiết diện trịn đặc (hình 6.4a): d 4 d 3 J W 0,2d 3 . 32 16 Tiết diện hình vành khăn (hình 6.4b): D 4 d 4 J D 4 d 4 32 32 32 2 d 4 W D 4 d 4 0,2D3 1 . 4 D 32 D Ứng suất tiếp đối ứng nhƣ hình 6.4c  Điều kiện bền – ba bài tốn cơ bản: Phân tố vật thể trong trục chịu xoắn ở trạng thái ứng suất trƣợt thuần túy, phân tố nguy hiểm là những phân tố ở sát mặt ngồi của trục cĩ  max . Điều kiện bền đƣợc viết: M  max  td z   (6.5). max max W max Trị số cho phép của ứng suất tiếp đƣợc xác định từ thí nghiệm xoắn:    0 ;  là ứng suất nguy hiểm và n là hệ số an tồn. n 0 Trong trƣờng hợp chỉ cĩ thí nghiệm kéo-nén thì ứng suất tiếp cho phép lấy theo thuyết bền: Bùi Thị Ánh Quốc Trang 13 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn   Theo thuyết bền thứ ba (thuyết bền ứng suất tiếp):   . 2   Theo thuyết bền thứ tƣ (thuyết bền thế năng biến dạng đàn hồi hình dáng):   . 3 Từ điều kiện bền ta cũng cĩ ba bài tốn cơ bản: Kiểm tra bền: Ta kiểm tra xem ứng suất trong trục cĩ thỏa điều kiện bền hay khơng? M  z   5% . max W max Chọn kích thước mặt cắt ngang: Đây là bài tốn thiết kế, ta phải định kích thƣớc mặt cắt ngang của trục sao cho đảm bảo điều kiện bền. Từ (6.5) ta cĩ: M M W z 5% . Nếu chọn ở trạng thái giới hạn thì: W z 5%, từ đĩ ta cĩ thể     xác định đƣợc kích thƣớc mặt cắt ngang của trục. Định tải trọng cho phép: Từ (6.5) ta dễ dàng xác định đƣợc nội lực lớn nhất cĩ thể đạt đƣợc của thanh là: Mz  W 5%, hay ở trạng thái giới hạn: Mz   W 5% Cĩ Mz  ta cĩ thể tìm đƣợc trị số cho phép của tải trọng tác dụng lên cơng trình hay chi tiết máy. 2.1.3 Nguyên lý lực đẩy Archimedes (Tính độ nổi phao của Robot). Lực đẩy Archimedes (hay lực đẩy Ácsimét) là lực tác động bởi một chất lƣu (chất lỏng hay chất khí) lên một vật thể nhúng trong nĩ, khi cả hệ thống nằm trong một trƣờng lực (nhƣ trọng trƣờng hay lực quán tính). Lực này cĩ cùng độ lớn và ngƣợc hƣớng của tổng lực mà trƣờng lực tác dụng lên phần chất lƣu cĩ thể tích bằng thể tích vật thể chiếm chỗ trong chất này. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 14 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Hình 1.8: Phân tích tác dụng các lực đẩy Archimedes Lực này đƣợc đặt tên theo Ácsimét, nhà bác học ngƣờiHy Lạp đã khám phá ra nĩ. Lực đẩy Ácsimét giúp thuyền và khí cầu nổi lên, là cơ chế hoạt động của sự chìm nổi của tàu ngầm hay cá, và đĩng vai trị trong sự đối lƣu của chất lƣu. Nếu thả một vật ở trong lịng chất lỏng thì: 퐹 푃 Vật nổi lên 퐹 = 푃 Vật lơ lửng trong chất lỏng Cơng thức tính lực đẩy Archimedes: Độ lớn của lực đẩy Archimedes bằng tích của trọng lƣợng riêng của chất lỏng và thể tích bị vật chiếm chỗ: 퐹 = . Trong đĩ: 퐹 là lực đẩy Archimedes là trọng lƣợng riêng của chất lỏng là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ Bùi Thị Ánh Quốc Trang 15 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  22. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn 2.1.4 Lý thuyết các phần tử của hệ động lực tàu.  Sức cản tàu: Sức cản tàu là tổng hợp tất cả các ngoại lực tác dụng lên tàu làm giảm khả năng chuyển động của tàu. Ngoại lực tác dụng lên tàu gồm nhiều thành phần: sức cản song, sức cản ma sát, sức cản áp suất Để tàu chuyển động đƣợc thì lực tạo ra do thiết bị đẩy của tàu phải thắng đƣợc ngoại lực. Việc tính sức cản tàu là hết sức cần thiết và quan trọng trong việc thiết kế tính tốn tàu, chọn động cơ và thiết kế chọn chân vịt phù hợp.  Tính sức cản theo phƣơng pháp giải quân: Sử dụng để tính cơng suất kéo của tàu trong quá trình thiết kế sơ bộ. Cơng thức tính nhƣ sau: 2 3 푠 . 3 표 = 0 Trong đĩ : 표 : Cơng suất kéo cần thiết của tàu 푠 : Vận tốc tàu (hl/h) D : lƣợng chiếm nƣớc của tàu 표 : Hệ số hải quân Hệ số hải quân xác định từ tàu mẫu hoặc theo bản. Phƣơng pháp này cho kết quả tốt khi lựa chon tàu mẫu cĩ hình dáng gần giống tàu thiết kế.  Tính sức cản theo phƣơng pháp Papmel: Sử dụng cho các tàu cĩ các thơng số cơ bản nhƣ sau: 훿 = 0.35 ÷ 0.8 퐿 = 4 ÷ 11 = 1.5 ÷ 3.5 퐹 < 0.9 Cơng thức tính: 3 푠 0 = 휓 퐿. 휆 Bùi Thị Ánh Quốc Trang 16 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  23. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Trong đĩ: D: Lƣợng chiếm nƣớc của tàu ( 3) L: Chiều dài thiết kế của tàu (m) : Hệ số phụ thuộc vào số trục chân vịt = 1 khi tàu cĩ một trục chân vịt = 1.05 khi tàu cĩ hai trục chân vịt = 1.075 khi tàu cĩ ba trục chân vịt = 1.1 khi tàu cĩ bốn trục chân vịt Hệ số 휆 đƣợc tính theo cơng thức: 휆 = 0.7 + 0.3 퐿 100 퐿 ≥ 100 thì 휆 = 1 휓 = 훿 Hệ số thon của tàu 퐿 Với B là chiều rộng của tàu, L là chiều dài tàu, 훿 là hệ số béo thể tích của tàu ′ là hệ số xác định từ đồ thị Papmel trong đĩ hệ số 푠 đƣợc xác định nhƣ sau 휓 ′ = 푠 푠 퐿 Sức cản tồn bộ của tàu đƣợc xác định nhƣ sau: 푅 = 75 0 (kG) 푣 Với v (m/s), 0 (cv)  Tính sức cản theo phƣơng pháp Zvonkov: Theo các số liệu của Zvonkov, lực cản tàu sơng cĩ thể tính theo cơng thức: 1.825 1.7+4퐹 푅 = 휉 Ω. 푣 + 훿. 휉. 푆. 푣 Trong đĩ: 휉 : Hệ số lực cản ma sát 휉 = 0.17 đối với tàu vỏ thép 휉 = 0.23 ÷ 0.25 đối với tàu võ gỗ S diện tích sƣờn giữa ( 2) 2 2 L Ω diện tích mặt ƣớt ( ) đƣợc tính bằng Ω = V3 3.3 + 1 2.09.V3 Bùi Thị Ánh Quốc Trang 17 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  24. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn V: Thể tích chiếm nƣớc của tàu ( 3) L: Chiều dài mặt ƣớt của tàu ( ) 훿 :Hệ số béo thể tích của tàu v: Vận tốc tàu Fr: Hệ số Fruode của tàu đƣợc tính theo cơng thức: 푣 퐹 = .퐿 V: Vận tốc tàu (m/s) L: Chiều dài tàu (m) 17.7. .훿2.5 : Hệ số lực cản dƣ 휉 = 퐿 3 +2 6 m=1.0 đối với tàu cĩ thiết bị đẩy là chân vịt m=1.2 đối với tàu cĩ thiết bị đẩy là chân vịt đạo lƣu  Cơng suất động cơ (máy chính): Sau khi tính tốn đƣợc lực cản của tàu cĩ thể tính sơ bộ cơng suất máy chính theo 푅.푣 cơng thức: = 0 75 R: Sức cản tồn phần của tàu v: Vận tốc tàu Tuy nhiên cơng thức trên chỉ cĩ ý nghĩa trong thiết kế sơ bộ tàu, trong các giai đoạn thiết kế tiếp theo ta phải tính tƣơng đối chính xác cơng suất máy để chọn đƣợc máy phù hợp với chế độ làm việc của tàu, tạo đƣợc hiệu suất đẩy cao nhất và tƣơng thích với chân vịt. 2.2 Cơ sở lý thuyết điều khiển hệ thống. 2.2.1 Lý thuyết sĩng RF chuẩn truyền UART. Tần số vơ tuyến (RF) là dải tần số nằm trong khoảng 3 kHz tới 300 GHz, tƣơng ứng với tần số của các sĩng vơ tuyến và các dịng điện xoay chiều mang tín hiệu vơ tuyến. RF thƣờng đƣợc xem là dao động điện chứ khơng phải là dao động cơ khí, dù các hệ thống RF cơ khí vẫn tồn tại. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 18 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  25. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Hình 1.9: Module RF sử dụngtruyền thơng UART Thuật ngữ USART trong tiếng anh là viết tắt của cụm từ: Universal Synchronous & Asynchronous serial Reveiver and Transmitter, nghĩa là bộ truyền nhận nối tiếp đồng bộ và khơng đồng bộ. USART hay UART cần phải kết hợp với một thiết bị chuyển đổi mức điện áp để tạo ra một chuẩn giao tiếp nào đĩ. Ví dụ, chuẩn RS232 (hay COM) trên các máy tính cá nhân là sự kết hợp của chip UART và chip chuyển đổi mức điện áp. Tín hiệu từ chip UART thƣờng theo mức TTL: mức logic high là 5, mức low là 0V. Trong khi đĩ, tín hiệu theo chuẩn RS232 trên máy tính cá nhân thƣờng là -12V cho mức logic high và +12 cho mức low. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 19 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  26. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Hình 1.10: Tín hiệu tƣơng đƣơng của UART và RS232. Baud rate (tốc độ Baud): tốc độ baud là số bit truyền trong 1 giây. Frame (khung truyền): Khung truyền bao gồm các quy định về số bit trong mỗi lần truyền, các bit “báo” nhƣ bit Start và bit Stop, các bit kiểm tra nhƣ Parity, ngồi ra số lƣợng các bit trong một data cũng đƣợc quy định bởi khung truyền. Start bit: start là bit đầu tiên đƣợc truyền trong một frame truyền, bit này cĩ chức năng báo cho thiết bị nhận biết rằng cĩ một gĩi dữ liệu sắp đƣợc truyền tới. Data: data hay dữ liệu cần truyền là thơng tin chính mà chúng ta cần gởi và nhận. Parity bit: parity là bit dùng kiểm tra dữ liệu truyền đúng khơng (một cách tƣơng đối). Cĩ 2 loại parity là parity chẵn (even parity) và parity lẻ (odd parity). Parity chẵn nghĩa là số lƣợng số 1 trong dữ liệu bao gồm bit parity luơn là số chẵn. Ngƣợc lại tổng số lƣợng các số 1 trong parity lẻ luơn là số lẻ. Stop bits: stop bits là một hoặc các bit báo cho thiết bị nhận rằng một gĩi dữ liệu đã đƣợc gởi xong. Sau khi nhận đƣợc stop bits, thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu. Stop bits là các bits bắt buộc xuất hiện trong khung truyền. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 20 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  27. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn 2.2.2 Phƣơng pháp điều khiển động cơ DC bằng PWM (Pulse Width Modulation). PWM là phƣơng pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nĩi cách khác là phƣơng pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuơng dẫn đến sự thay đổi của điện áp ra. Hình 1.11: Tín hiệu xung trong PWM Quan sát ở hình trên ta thấy 2 tín hiệu xung S1 một S2 cĩ cùng chu kỳ T (1ms) tuy nhiên khoảng Ton (khoảng thời gian mức High trong 1chu kỳ) thì khác nhau nhƣ vậy tỉ số Ton/Toff của 2 tín hiệu cũng khác nhau, việc điều chỉnh tỉ số này gọi là điều rộng xung. Áp dụng trong điều khiển vận tốc động cơ DC, Ton là thời gian cấp nguồn và Toff là thời gian ngừng cấp nguồn cho động cơ, khi thay đổi tỉ số Ton/Toff (cũng cĩ nghĩa thay đổi điện áp trung bình cấp cho động cơ) vận tốc động cơ cũng thay đổi theo. Hình 1.12: Điện áp trung bình(AVG VOLTS) trong phƣơng pháp PWM Bùi Thị Ánh Quốc Trang 21 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  28. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Bằng cách “kéo dãn” hay “thu hẹp” khoảng Ton (khơng thay đổi chu kỳ T) là cĩ thể điều khiển đƣợc vận tốc động cơ. Tuy nhiên cần chú ý rằng quan hệ giữa vận tốc động cơ và tỉ số độ rộng xung khơng tuyến tính. Phƣơng pháp PWM khơng những chỉ đƣợc áp dụng trong điều khiển vận tốc động cơ mà cịn cĩ rất nhiều ứng dụng khác nhƣ điều khiển nhiệt độ, độ sáng 2.2.3 Chuyển đổi tín hiệu ADC – DAC đọc quá dịng và joystick tay bấm. Bộ chuyển đổi ADC là bộ chuyển đổi tín hiệu ở dạng tƣơng tự sang dạng số để cĩ thể làm việc đƣợc với CPU. Quá trình lấy mẫu đổi một tín hiệu liên tục thời gian thành tín hiệu rời rạc thời gian (tín hiệu số). Cĩ hai nhiệm vụ chính trong khi lấy mẫu: Lấy mẫu tín hiệu tƣơng tự tại các thời điểm khác nhau và cách đều nhau, đây là quá trình rời rạc hĩa tín hiệu về mặt thời gian Lƣợng tử hĩa và mã hĩa tín hiệu: Lƣợng tử hĩa là quá trình làm trịn số thực hiện theo nguyên tắc so sánh, tín hiệu cần chuyển đổi đƣợc so sánh với một đơn vị chuẩn.Cịn mã hĩa là quá trình sắp xếp lại kết quả đã lƣợng tử theo một quy luật nhất định tùy thuộc vào loại mã hĩa yêu cầu ở đầu ra bộ biến đổi.  Các phƣơng pháp chuyển đổi ADC Chuyển đổi song song: Tín hiệu đƣợc chuyển đổi cùng lúc đƣợc so sánh với nhiều giá trị chuẩn, vì vậy các bit đƣợc xác định đồng thời và đƣa đến đầu ra. Chuyển đổi nối tiếp theo mã đếm: Quá trình so sánh đƣợc thực hiện từng bƣớc theo quy luật mã đếm. Kết quả chuyển đổi đƣợc xác định bằng cách đếm số lƣợng giá trị tín hiệu cần chuyển đổi. Chuyển đồi nối tiếp theo mã nhị phân: Quá trình so sánh đƣợc thực hiện từng bƣớc theo quy luật của mã nhị phân. Các đơn vị chuẩn dùng để so sánh lấy các giá trị giảm dần theo mã nhị phân, do đĩ các bit đƣợc xác định lần lƣợt từ bit MSB đến bit LSB. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 22 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  29. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Chƣơng III: NỘI DUNG I. XÂY DỰNG MƠ HÌNH ROBOT  Yêu cầu thực tế ban đầu: - Khối lƣợng rác Robot vớt đƣợc trong một giờ: 50 ( 3 푕) - Thể tích lồng chƣa rác: = 0.045 ( 3) 1.1 Sơ đồ khối ý tƣởng. LỒNG CHỨA RÁC ĐỘNG PHAO PHAO CƠ BỘ ĐIỀU KHIỂN Hình 1.13: Sơ đồ khối ý tƣởng thiết kế Bùi Thị Ánh Quốc Trang 23 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  30. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Robot gồm hai trục phao chính đặt cố định hai bên, điều khiển Robot duy chuyển vớt rác bằng một động cơ chính giữa và cơ cấu bể lái. Lồng chứa rác đặt chính giữa lệch phía trên để vớt rác và giữ rác 1.2 Các phƣơng án thiết kế.  Phƣơng án thứ nhất: Phƣơng án thứ nhất Robot đƣợc thiết kế theo sơ đồ khối ý tƣởng ban đầu nêu ra. Kế cấu khung gồm hai phao chính đặt lệch phía dƣới lồng chứa rác. Tồn bộ Robot đƣợc điều khiển để vớt rác bởi một động cơ chính với cơ cấu bánh lái đặt chính giữa.  Khuyết điểm: - Phao chính đặt hơi lệch phía sau lồng chứa rác làm mất ổn định về kết cấu khung Robot khi trên bờ, cũng nhƣ hoạt động dƣới nƣớc. - Robot duy chuyển bằng cơ cấu bánh lái thơng qua lực đẩy của chân vịt khơng linh hoạt khi vớt rác. - Việc thiết kế, thi cơng cơ cấu bánh lái mất thời gian, giá thành mua vật liệu cao nên khơng phù hợp và khơng cần thiết. - Một động cơ chính địi hỏi cơng suất, tốc độ lớn nên khĩ tìm đƣợc động cơ thích hợp Bùi Thị Ánh Quốc Trang 24 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  31. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn  Phƣơng án thứ hai: Sơ đồ khối phƣơng án thứ hai: LỒNG CHỨA PHAO PHAO RÁC ĐỘNG BỘ ĐIỀU ĐỘNG CƠ KHIỂN CƠ Hình 1.14: Sơ đồ khối phƣơng án thiết kế lần thứ hai Phƣơng án hai thiết kế hiệu quả hơn và mang tính linh hoạt khi điều khiển Robot vớt rác.  Ƣu điểm: - Hai động cơ bố trí rộng về hai bên làm nhiệm vụ bẻ lái trực tiếp giúp việc điều khiển Robot dễ dàng. - Hai trục phao chính đƣợc đƣa lên phía trƣớc tạo đƣờng ray trƣợt kết nối với lồng chứa rác. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 25 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  32. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn - Tồn bộ Robot thiết kế với những sản phẩm ống nhựa PVC bán sẵn trên thị trƣờng nên việc thi cơng ít mất thời gian gia cơng. - Bảo đảm đƣợc tính chống nƣớc, nhằm tạo lực nổi phù hợp cho Robot khi làm việc dƣới nƣớc.  Nhƣ vậy dựa vào kết quả phân tích về các ƣu điểm cũng nhƣ thuận lợi, hiệu quả thì phƣơng án thứ hai đƣợc chọn để thi cơng Robot. Hình 1.15: Mơ hình 3D Robot thiết kế theo phƣơng án thứ hai 1.3 Nguyên lý hoạt động của Robot. Robot hoạt động dựa trên việc điều khiển trực tiếp bằng tay bấm, thơng qua việc truyền nhận tín hiệu bằng module thu - phát sĩng RF theo chuẩn truyền thơng UART phạm vi hoạt động 200m. Sau khi nhận tín hiệu từ bộ phát trên tay bấm thì board mạch trung tâm sẽ xử lý tín hiệu và xuất kết quả để điều khiển cơ cấu chấp hành, gồm hai động cơ chính cùng với thiết bị đẩy là chân vịt đƣợc liên kết với nhau nhờ hai khớp nối trục đàn hồi. Cơ cấu chấp hành giúp cho Robot duy chuyển Up – Down – Left – Right thơng qua chân vịt tạo lực đẩy để Robot thực hiện cơng việc vớt rác. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 26 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  33. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn II. Tính tốn cho Robot. 2.1 Tính tốn đánh giá về độ nổi của Robot. Áp dụng theo nguyên lý về lực đẩy Acsimet trong trƣờng hợp để một vật cĩ thể nổi trong mơi trƣờng nƣớc thì phải thỏa nãm điều kiện là: Trọng lƣợng của vật phải nhỏ hơn lực đẩy Acsimet Ta cĩ biểu thức: 퐹 > 푃 ⟺ × > × (*) Với m =21 (Kg): Tổng khổi lƣợng của Robot g = 9.81 ( 푠2): Gia tốc trọng trƣờng d: Trọng lƣợng riêng của nƣớc V: Thể tích phần chất lỏng bị chiếm chỗ Thế vào phƣơng trình (*) ta đƣợc : × 21 ×9.81 > = = 0.021 ( 3) 9810 Nhƣ vậy thể tích Robot sau khi thiết kế phải lớn hơn 0.21 ( 3) thì mới đảm bảo độ nổi của Robot.  Tính tổng thể tích thực của Robot: Tổng thể tích của Robot đƣợc tính tay gần đúng bằng cách cộng tất cả các khối trụ ống lại. Ta cĩ: 푅표 표푡 = 2. 1 + 2. 2 + 3. 3 + 4 + 2. 5 Với: 1: Thể tích phao chính của Robot 2: Thể tích phần ống chƣa động cơ 3: Thể tích phần ống nối ngang kết cấu khung 4 : Thể tích phần lồng chƣa rác 5 : Thể tích bình Acquy Trong đĩ: 2 1 = 2. . 57 . 800 2 2 = 2. . 57 . 348 2 3 = 3. . 20 . 370 Bùi Thị Ánh Quốc Trang 27 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  34. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn 3 4 = 600 × 25 × 30 − 595 × 24.5 × 33.5 = 38346 ( ) 3 5 = 151 × 65 × 101 = 991315 ( ) 2 2 ⟹ 푅표 표푡 = 2. . 57 800 + 348 + 3. . 20 . 370 + 38346 + 991315 = 0.03 ( 3) Vậy 푅표 표푡 > = 0.02 Thể tích chiếm nƣớc của Robot. Nhƣ vậy Robot đảm bảo đủ điều kiện nổi so với thiết kế. 2.2 Tính tốn vận tốc làm việc của Robot, số vịng quay chân vịt và chọn cơng suát động cơ.  Các thơng số đầu vào: Yêu cầu đặt ra của Robot: Vớt đƣợc 50 ( 3 푕) Thể tích thực của lồng chứa rác = × × 푕 = 0.045 ( 3)  Vận tốc làm việc của Robot: Ta cĩ: 푄 = 푆 × 푣 Với 푄: Lƣu lƣợng rác vớt đƣợc S: Diện tích mặt cắt ngang của lồng chứa rác 푣 : Vận tốc làm việc của Robot 푆 = × = 0.25 × 0.3 = 0.075 ( 2) 푄 = 50 3 푠 푄 50 ⟹ Vận tốc làm việc 푣 = = ≈ 700 푕 푆 0.075 Vì tính chất mật độ phân bố rác ở các tuyến sơng dày trên mặt sơng, nƣớc nên hệ số rỗng diện tích mặt phân bố ta dựa vào thực tế khảo sát là: 푒 = 0.1 700 ⟹ Vận tốc làm việc Robot khi vớt rác 푣 = = 7000 푕 0.1 = 7 푕  Số vịng quay chân vịt và cơng suất động cơ: Nhƣ đã biết, tàu thuỷ là một cơng trình kỹ thuật phức tạp làm việc trong điều kiện khắc nghiệt,bao gồm ba bộ phận chính là động cơ, vỏ tàu và chân vịt, thƣờng đƣợc gọi tên chung là liên hợp tàu, trong đĩ chân vịt là bộ phận Bùi Thị Ánh Quốc Trang 28 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  35. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn trung gian quan trọng cĩ nhiệm vụ tiếp nhận cơng suất động cơ phát ra,tạo thành lực đẩy P, khắc phục sức cản mơi trƣờng R để đẩy tàu chuyển động với tốc độ xác định V. Về mặt lý thuyết, quá trình làm việc độc lập của chân vịt tàu trong nƣớc tự do sẽ đƣợc thể hiện trên,đƣờng đặc tính hoạt động 퐾 , 퐾푄, 휂 = 퐽 , tức là đồ thị thể hiện quan hệ giữa các thơng số kỹ thuật của chân vịt nhƣ hệ số lực đẩy 퐾 , hệ số mơmen 퐾푄, hiệu suất 휂 và hệ số tiến J của chân vịt (hình 1.13), với các thơng số nĩi trên đƣợc xác định theo các cơng thức đã biết trong các tài liệu lý thuyết tàu. ( Tham khảo tài liệu TS Trần Gia Thái – Khoa Kỹ thuật tàu thủy - Đại học Thuỷ sản, Nghiên Cứu Xác Định Đường Đặt Tính Chân Vịt Trong Điều Kiện Khai Thác Thực Tế ). Hình 1.16: Hệ số lực đẩy, Mơmem quay của chân vịt Ta cĩ: 퐽 = 푛. Với: 퐽: Hệ số tiến : Vận tốc tiến của tàu ( Vận tốc làm việc của Robot ) ( 푠) 푛 : Số vịng quay của chân vịt (푠−1) Bùi Thị Ánh Quốc Trang 29 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  36. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn : Đƣờng kính chân vịt ( ) ( Theo đường đặt tín chân vịt hình H1.11 trang 141 sách Động Lực Học Tàu Thủy, Trần Cơng Nghị ) Trong phạm vi 0 < 퐽 < 퐽1 chận vịt tàu làm nhiệm vụ cảu máy đẩy tàu, tạo lực đẩy lớn hơn 0, đƣa tàu về phía trƣớc. Khi vƣợt qua 퐽2 chân vịt tàu sẽ làm nhiệm vụ nhƣ tua bin tạo momen quay. Ta chọn giá trị: 퐽=0.5 퐾푄 = 0.6 2 ⟹ 푛 = = = 40 ( 푣ị푛 푖â ) 퐽. 0.5×0.1 = 2400 ( 푣ị푛 푕ú푡 ) Với: = = 7000 푕 ≈ 2 ( 푠) = 10 ( ) Cơng suất cần thiết để đẩy chân vịt: 푃 = 2. . 퐾 . 휌. 푛3. 5 75 푄 = 2. × 0.6 × 1000 × 403 × 0.15 = 32 ( 푊 ) 75 Do thiết kế Robot hoạt động với hai động cơ đặt hai bên phao chính, nên chọn mỗi động cơ là 16 ( 푊 ). Thời gian cơng suất bình Acquy đáp ứng tối đa khi Robot làm việc Ta cĩ: Cơng suất của hai bình Acquy : 푃1 = 2 × 12 × 7.3 ≈ 173 ( 푊 ) Cơng suất của động cơ 푃2 = 32 ( 푊 ) 173 Thời gian 푡 = = 5.4 (푕) 32 Nhƣ vậy thời gian Robot cĩ thể hoạt động đƣợc là khoảng 5 (푕) Bùi Thị Ánh Quốc Trang 30 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  37. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn 2.3 Tính chọn trục chân vịt và kiểm tra bền. Hình 1.17:Trục chân vịt trong thiết kế và lắp ráp Robot vớt rác làm việc với vận tốc khơng lớn và dƣới mơi trƣờng nƣớc sẽ khử đƣợc những rung động do lực chân vịt và động cơ gây ra. Đồng thời hai gối đỡ là vịng bi với phớt loại nhỏ. Nên để đơn giản hĩa ta sẽ khơng xét vào khi tính tốn. Nhƣ vậy chỉ giải quyết bài tốn thanh chịu xoắn thuần túy, và mơ hình hĩa lại trục nối chân vịt ta cĩ: Hình 1.18: Mơ hình hĩa trục nối chân vịt Bùi Thị Ánh Quốc Trang 31 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  38. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Tính đƣờng kính d của truc: Dựa vào vật liệu thƣờng xuyên đƣợc chọn để làm trục phục vụ cho nghành tàu thủy nên ta sử dụng trục inox SUS 201 – ASTMA666. 2 Cĩ các thơng số sau: 휍 = 260 2 휍 푕 = 휍 = 655 ( ) Độ cứng HB 217 휏 = 휍 = 327.5 ( . ) 2 Hình 1.19: Biểu đồ Momen xoắn trục nối chân vịt Theo điều kiện bền 휏 = ≤ 휏 (∗) 푊휌 3 Với : Momen chống xoắn 푊휌 = 0.2 × Momem xoắn lớn nhất 9.55 × 106. 푃 = 61 ( . ) 푛 Tiết diện là trụ, trịn đặt Nên Bùi Thị Ánh Quốc Trang 32 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  39. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn ∗ ⟺ ≤ 휏 0.2× 3 3 61. 103 ⟺ ≥ = 9.75 0.2 × 327.5 Vậy chọn trục động cơ cĩ đƣờng kính d=10 (mm). III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển. Vi điều khiển Phát RF Thu RF Vi điều khiển ẮC QUY MẠCH CẦU H Joysticks : Đƣờng tín hiệu Pin 9V ĐỘNG CƠ : Đƣờng năng lƣợng Hình 1.20: Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống Robot Bùi Thị Ánh Quốc Trang 33 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  40. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Hệ thống nhìn chung sẽ cĩ hai khối thành phần chính: - Khối điều khiển: Gồm các thành phần nhƣ pin 9 Volt cung cấp năng lƣợng, các tay joystick điều khiển 4 kênh Up - Down - Left - Right, vi điều khiển và bộ phát tín hiệu bằng sĩng RF. - Khối mơ hình Robot vớt rác với bộ thu RF, vi điều khiển ATMega8, Module mạch cầu H và động cơ DC, và bình ắc quy 12v-7.2 Ah làm nguồn nuơi chung. I. Tay bấm điều khiển. Hình 1.21: Sơ đồ khối tay bấm điều khiển Nhiệm vụ của tay điều khiển là phát tín hiệu điều khiển trên 4 kênh chính yếu là Up - Down - Left – Right đến board trung tâm để điều khiển Robot làm việc theo ý muốn. Về vấn đề chuẩn giao tiếp, nhĩm đã chọn truyền thơng UART thay vì sử dụng kỹ thuật vơ tuyến trải phổ (Spread Spectrum) tần số FM 2.4GHz vốn thơng dụng trong lĩnh vực mơ hình điêu khiển này vì những lý do về kinh phí, kinh nghiệm sử dụng, khả năng ứng dụng, mở rộng và phát triển sau này của đề tài. Nhĩm đã xây Bùi Thị Ánh Quốc Trang 34 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  41. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn dựng mã điều khiển dựa trên truyền thơng UART, số kênh điều khiển và tín hiệu điều khiển sẽ dễ dàng thay đổi mà khơng cần can thiệp nhiều vào phần cứng cũng nhƣ phần mềm. 3.2 Mạch điều khiển trung tâm. Mạch điều khiển trung tâm dùng vi điều khiển AT mega8 và hai module cơng suất mạch cầu H dùng IC kích FET chuyên dụng IR2184.  Các nhiệm vụ của mạch trung tâm: - Nhận tín hiệu sĩng RF của tay bấm điều khiển. - Chƣơng trình thực thi xử lý tín hiệu sau đĩ xuất tín hiệu điều khiển tƣơng ứng ra cơ cấu chấp hành là 2 động cơ chính. - Đồng thời trả lại tín hiệu về bộ tay bấm điều khiển sau khi xử lý mà cĩ sự cố nhƣ: Hết bình ác quy làm cho điện áp khơng đủ, chân vịt bị kẹt dẫn đến quá dịng cĩ thể cháy động cơ hoặc board. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 35 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  42. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn ch trung ch tâm trung ạ nguyên m lý nguyên ồ Sơ đ Sơ : : Hình 1.19 Hình Bùi Thị Ánh Quốc Trang 36 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  43. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Hình 1.22: Sơ đồ mạch in board trung tâm đƣợc thiết kế trên phần mềm Orcad Bùi Thị Ánh Quốc Trang 37 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  44. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Hình 1.23: Board điều khiển trung tâm thực tế trên Robot  Board cơng suất cầuH điều khiển động cơ DC Module cầu H dùng IC kích FET chuyên dụng IR2184, FET sử dụng IRF3205 nên cho dịng cao. Module này đƣợc thiết kế dành cho các ứng dụng điều khiển tốc độ và vị trí dùng DC Motor (motion control). Bùi Thị Ánh Quốc Trang 38 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  45. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn uH ầ t c t ấ nguyên lý board cơng board lý nguyên sucơng ồ Sơ đ Sơ : : 1.24 Hình Hình Bùi Thị Ánh Quốc Trang 39 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  46. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Hình 1.25: Board cầuH dùng IC kích FET chuyên dụng IR2184  Đặt tính kỹ thuật cảu board: - Dịng liên tục 10A. - Dịng đỉnh 30A (200 ms). - Điện áp cấp từ +24V. - Cĩ Led báo nguồn cho mạch. - Cĩ Led báo chiều động cơ. - Bảo vệ ngắn mạch. - Board đƣợc thiết kế nhỏ gọn. - Dùng ic kích FET chuyên dụng IR2184. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 40 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  47. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn 3.3 Module sĩng RF. Module thu phát RF tần số 915MHz, dùng truyền thơng UART 8-bit, tốc độ truyền lên đến 19200bps, cĩ khả năng liên lạc tốt trong phạm vi 200m. Hình 1.26: Module RF sử dụngtruyền thơng UART  Bản mơ tả các chân kết nối của module RF 3.4 Động cơ DC và thiết bị đẩy ( chân vịt ) Trên thị trƣờng cĩ rất nhiều loại động cơ DC với cơng suất và số vịng quay khác nhau. Dựa vào kết quả tính tốn sơ bộ và điều kiện sản xuất thực tế ngồi tjị trƣờng, ở đây sử dụng động cơ của máy khoan DC cầm tay dùng pin của hãng RYOBI, với cơng suất và Momem xoắn khởi động lớn nhằm đáp ứng đƣợc vận tốc cần thiết của Robot thơng qua thiết bị đẩy là bộ chân vịt. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 41 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  48. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Hình 1.27: Bản thơng số động cơ máy khoa DC đƣợc sử dụng chế lại Hình 1.28: Chân vịt AS-6717-3 của cano mơ hình  Thơng số: - Mã AS-6717-3 loại ba cánh quạt - Chất liệu: Nhơm hợp kim, bề mặt đƣợc đánh bĩng. - Đƣờng kính D=100 mm Bùi Thị Ánh Quốc Trang 42 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  49. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn - Đƣờng kính trục chân vịt d=5 mm  Bình Acquy đƣợc sử dụng trong Robot. 3.5 Xây dựng tồn bộ giải thuật điều khiển hệ thống.  Chƣơng trình điều khiển: Giới thiệu: - Phần điều khiển chính dùng vi điều khiển Atmega 8 của Atmel. Code đƣợc viết trên nền tảng là ngơn ngữ C++. Và cơng cụ hổ trợ viết software là Codevision 2.05. - Phần lập trình điều khiển đƣợc chia làm 2 phần: phần trên remote điều khiển và một phần thuộc robot. - Tín hiệu đƣợc truyền khơng dây và điều khiển bằng tín hiệu analog(Joysticks) nên việc truyền dữ liệu địi hỏi phải ở tốc độ cao và dữ liệu truyền đi luơn là một gĩi dữ liệu. - Truyền nhận dữ liệu khơng dây theo chuẩn RS232 nên dữ liệu truyền dƣới dạng song cơng. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 43 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  50. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn + Trên tay bấm điều khiển: Cĩ nhiệm vụ đọc tín hiệu từ Joysticks điều khiển sau đĩ xử lý dữ liệu và phát ra sĩng RF đồng thời nhận các tín hiệu phản hồi từ robot nhƣ quá dịng hay pin yếu + Trên robot: Nhận tín hiệu từ remote, phân tích dữ liệu, xuất tín hiệu điều khiển robot. Đồng thời đọc các tín hiệu nhƣ quá cơng suất hay pin yếu để phát tín hiệu cảnh báo về cho remote cho ngƣời điều khiển kịp thời xử lý.  Lƣu đồ giải thuật điều khiển từ phần:  Lƣu đồ giải thuật đọc tín hiệu từ Joystick sao đĩ chuyển hĩa dữ liệu thành dạng chuỗi và chuyền dữ liệu UART. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 44 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  51. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Bắt đầu Khởi tạo các tính năng (I/O,UART,ADC) Đọc ADC Khơng thay đổi Kiểm tra sự thay đổi giá trị ADC Thay đổi Phím nào đƣợc nhấn Truyền gĩi dữ liệu Xxx : giá trị adc joysticks dạng axxxbyyyc Yyy: giá trị adc joysticks Kết thúc Hình 1.29: Sơ đồ khối giải thuật đọc tín hiệu từ Joystick. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 45 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  52. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn  Lƣu đồ giải thuật kiểm tra bình ác quy yếu trên Robot. Khi nhận đƣợc ký tự “y” từ robot truyền về chứng tỏ Robot hiện tại đang yếu pin và led 1 sáng lên báo hiệu pin trên robot. Nhận data Khơng đúng Nhận đƣợc chử “y” Đúng chử “y” Báo đèn đỏ 1 Kết thúc Hình 1.30: Sơ đồ khối giải thuật kiểm tra yếu bình ác quy trên Robot Bùi Thị Ánh Quốc Trang 46 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  53. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn  Lƣu đồ giải thuật kiểm tra pin yếu trên Remote. Tín hiệu điện áp của Pin trên tay bấm sẽ đƣợc đọc liên tục nếu Pin đạt ngƣỡng thấp chứng tỏ Pin đã yếu và đèn Led đỏ 2 sáng lên báo hiệu Pin yếu. Kiểm tra pin Pin tốt Đọc ADC Pin yếu Báo đèn đỏ 2 Kết thúc Hình 1.31: Sơ đồ khối giải thuật kiểm tra yếu pin trên remote Bùi Thị Ánh Quốc Trang 47 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  54. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn  Lƣu đồ giải thuật kiểm tra pin yếu trên Board trung tâm. Kiểm tra pin Pin tốt Kiểm tra pin (ADC) Delay 5s Pin yếu Truyền chử “y” Kết thúc Hình 1.32: Sơ đồ khối giải thuật kiểm tra yếu pin trên Board trung tâm Bùi Thị Ánh Quốc Trang 48 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  55. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn  Lƣu đồ giải thuật kiểm tra và xử lý khi Robot bị mất sĩng RF. Khi tín hiệu đƣợc nhận chứng tỏ sĩng vẫn cịn. Nhƣng nếu trong 3s liên tiếp mà tín hiệu khơng đƣợc nhận từ tay bấm thì lập tức robot sẽ dừng lại. Khi bị mất sĩng RF Kiểm tra liên tục UART Kiểm tra dữ liệu Kiểm tra trong 3s Cĩ data Xử lý data liên tiếp Khơng cĩ data (mất sĩng) Cho dừng robot Kết thúc Hình 1.33: Sơ đồ khối giải thuật kiểm tra và xử lý khi Robot bị mất sĩng Bùi Thị Ánh Quốc Trang 49 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  56. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn  Lƣu đồ giải thuật xử lý dữ liệu và điều khiển Robot. Bắt đầu Khởi tạo các tính năng (I/O, UART, pwm) Kiểm tra UART Tắt động cơ Nhận dữ liệu Khơng cĩ dữ liệu Kiểm tra dữ liệu dạng chuổi (axxxbyyyc) Phân tích dử liệu Xuất tín hiệu pwm điều khiển(xxx tốc độ DC trái,yyy tốc độ DC phải) Kết thúc Hình 1.34: Sơ đồ khối giải thuật xử lý dữ liệu để điều khiển Robot Bùi Thị Ánh Quốc Trang 50 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  57. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Chƣơng IV: CHẾ TẠO MƠ HÌNH ROBOT Mơ hình Robot đƣợc thiết kế bằng phần mềm ProEngineer Wildfire 5.0 theo phƣơng án tối ƣu thứ hai đã phân tích ở trên. Sử dụng đa phần là sản phẩm ống nhựa PVC nên việc thi cơng dễ đang thuận tiện nhƣng vẫn đảm bảo độ bền kết cấu khung Robot. Những phụ kiện đƣợc sử dụng trong thiết kế và thi cơng Robot: I. Ống nhựa PVC Bình Minh. Thơng tin chung về ống nhựa PVC: - Lĩnh vực áp dụng: Thích hợp dùng cho hệ thống dẫn nƣớc trong các ứng dụng: Phân phối nƣớc uống. Hệ thống tƣới tiêu và dẫn nƣớc trong cơng nghiệp. Hệ thống cấp thốt nƣớc thải, thốt nƣớc mƣa. - Tính chất vật lý: Tỷ trong 1.4 3 Độ bền kéo đứt tối thiều 50 Mpa Hệ số giãn nở nhiệt 0.08 . 표 Điện trở suất bề mặt 1013 Ω Nhiệt độ làm việc cho phép 0 ÷ 45 표 - Tính chất hĩa học: Chịu đƣợc các loại dung dịch axit, dụng dịch kiềm. Khơng chịu đƣợc các axit đậm đặc cĩ tính oxy hĩa Các loại dung mơi hợp chất thơm - Áp suất làm việc: Áp suất làm việc là áp suất tồi đa cho phép, đối với nhiệt độ của nƣớc lên tới 0 45 . đƣợc tính theo cơng thức. 푃푙푣 = 퐾. 푃 Với 푃푙푣 Áp suất làm việc K: Hệ số giảm áp đồi với nhiệt độ của nƣớc, K đƣợc xách định theo bảng dƣới. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 51 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  58. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn . 푃 Áp suất dạnh nghĩa Bảng 1a: K đối với ống PVC cứng.  Khởi thủy dán: Hình 1.35: Thơng số kỹ thuật khởi thủy dán Khởi thủy dán giúp tạo khớp nối rẽ nhánh vuơng gĩc. Đảm bảo sự cứng vững và liên kết chặt chẽ khi Robot làm việc. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 52 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  59. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn  Co 900 : Tên sản Kích Các kích thƣớc phẩm thƣớc danh Dmin Zmin Hmin nghĩa 21D - Inch 16 27 11 41 27D - Inch 20 33 14 49 34D - Inch 25 40 17 57 Hình 1.36: Thơng số kỹ thuật khớp co  Nắp khĩa bích: Bùi Thị Ánh Quốc Trang 53 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  60. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Tên sản phẩm Kích Các kích thƣớc thƣớc danh Dmin Zmin Lmin nghĩa 21D - Inch 16 27 2 35 27D - Inch 20 33 3 41 34D - Inch 25 40 4 47 42D - Inch 32 49 5 52 49D - Inch 40 56 5 64 60D - Inch 50 69 7 74 90D - Inch 0 - - - 114D - Inch 100 127 7 100 Hình 1.37: Thơng số kỹ thuật nắp khĩa bích  Co 450 Tên sản phẩm Kích Các kích thƣớc thƣớc danh Dmin Zmin Hmin nghĩa 21D - Inch 16 27 5 35 27D - Inch 20 33 6 41 34D - Inch 25 40 7 47 Bùi Thị Ánh Quốc Trang 54 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  61. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn 42D - Inch 32 49 9 53 49D - Inch 40 56 10 65 60D - Inch 50 69 13 76 60M - Inch 50 66 13 38 75TC - Mét 75 81 38 81 90D - Inch 80 103 19 83 90M - Inch 80 96 19 59 110D - Mét 110 121 23 107 110M - Mét 110 121 23 107 114D - Inch 100 127 24 108 114M - Inch 100 123 24 74 140D - Mét 140 155 29 133 140M - Inch 100 - - - 160D - Mét 160 177 33 165 160M - Mét 160 175 34 114 168TC - Inch 150 187 35 167 Hình 1.38: Thơng số kỹ thuật co ퟒ  Co 3 nhánh 900 : Tên sản phẩm Kích Các kích thƣớc Bùi Thị Ánh Quốc Trang 55 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  62. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn thƣớc danh Dmin Zmin Hmin nghĩa 21D - Inch 16 27 11 41 27D - Inch 20 33 14 49 34D - Inch 25 40 17 57 Hình 1.39: Thơng số kỹ thuật co 3 nhánh  Ống nhựa uPVC hệ mét – Tiêu chuẩn ISO 4422:1990 / TCVN 6151:1996 Ống cĩ khớp nối dán keo Ống cĩ khớp nối gioăng cao su Hình 1.40: Thơng số ống nhựa uPVC II. Các chi tiết cơ khí.  Khớp mềm đàn hồi nối trục ( shaft couplings ) Sử dụng khớp nối trục đàn hồi giữa trục động cơ và trục chân vịt một phần tạo truyền động đến chân vịt, một phần để khắc phục sự lệch tâm giữa hai trục. Vì là khớp mềm đàn hồi nên sự sai số lệch tâm nhỏ sẽ khơng ảnh hƣởng đến quá trình truyền động, khơng ảnh hƣởng đến vận tốc truyền. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 56 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  63. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Hình 1.41: Thơng số khớp nối trục đàn hồi  Phốt chặn: Bùi Thị Ánh Quốc Trang 57 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  64. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Hình 1.42: Thơng số phốt chặn của hãng SKF Sử dụng phốt chặn tại đầu trục chân vịt vào động cơ nhằm cách ly nƣớc với hộp chứa động cơ, đồng thời vẫn đảm bảo đƣợc tốc độ quay của trục chân vịt giảm rất ít so với ban đầu. Mơ hình 3D Robot thiết kế hồn thiện trên phần mềm. Việc chế tạo thi cơng mơ hình một phần để minh họa cho phần thiết kế, mặt khác mang ý nghĩa thực tiễn rất cao đối với một sinh viên học nghành kỹ thuật: Cĩ khả năng thực hành làm việc từ ý tƣởng đến sản phẩm thực tế. Nâng cao khả năng nghiên cứu học hỏi để hồn thiện ý tƣởng trọn vẹn. Giúp sinh viên thực tế từ cách thiết kế, tính tốn đến việc chọn mua vật liệu, linh kiện Tất cả đều tự sinh viên trải nghiệm thực tế. Làm cơ sở để cĩ thể những nhĩm thực hiện đề tài sau này nghiên cứu phát triền hồn thiện ý tƣởng một cách hiệu quả nhất. Đặt biệt là cho ra thực tế một sản phẩn hoạt động đúng mục đích yêu cẩu của ý tƣởng. Một sản phẩm cĩ tính thực tiễn rất cao với yêu cầu và hƣớng giải quyết hiện tại về vấn đề ơ nhiễm mơi trƣờng nƣớc do rác thải sinh hoạt. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 58 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  65. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Hình 1.43: Mơ hình 3D của bản thiết kế Robot vớt rác Robot thi cơng hồn thiện trên thực tế. Hình 1.44: Robot vớt rác thi cơng hồn thiện Bùi Thị Ánh Quốc Trang 59 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  66. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Hình 1.45: Robot vớt rác khi thực tế dƣới nƣớc Bùi Thị Ánh Quốc Trang 60 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  67. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Chƣơng V: KẾT LUẬN I. NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC Với các mục tiêu đề tài đã đặt ra, qua quá trình thực hiện, nhĩm thực hiện đề tài đã đạt đƣợc những kết quả nhƣ sau: 5.1 Về nghiên cứu lý thuyết: Đã cĩ tìm hiểu và lên kế hoạch ý tƣởng cho việc thiết kế Robot, tìm hiểu nguyên lý điều khiển, lý thuyết tổng quan về các phần tử của hệ động lực tàu giúp cho việc thiết kế phần phao và tính tốn lực đẩy chọn động cơ chính. II. 5.2 Về thiết kế kết cấu khung Robot: - Thiết kế hồn chỉnh mơ hình 3D của Robot bằng phần mềm ProEngineer Wildfire 5.0 - Tìm hiểu và tận dụng những vật liệu cĩ bán sẵn trong thị trƣờng trong phần thiết kế để tiện trong việc thi cơng Robot. - Tính tốn sức cản nƣớc của Robot và chọn động cơ cũng nhƣ thiết bị đẩy (chân vịt) phù hợp từ đĩ cĩ đƣợc vận tốc tối ƣu nhất để Robot làm việc đƣợc. - Kết cấu Robot đơn giản để giảm thiểu khối lƣợng nhằm hoạt động linh hoạt, mà vẫn đảm bảo đƣợc độ bền, kết cấu cứng vững và mang tính thẩm mỹ. 5.3 Về thiết kế điều khiển: - Mạch điều khiển đƣợc thiết kế và mơ phỏng trên phần mềm chuyên dụng Orcad và Protues. - Chƣơng trình điều khiển đƣợc lập trình trên phần mềm Code VisionAVR với gải thuật hợp lý, linh hoạt, dễ sử dụng thơng qua tay bấm điều khiển. Robot cĩ thể duy chuyển theo hƣớng : Up – Down – Left – Right. Đồng thời tín hiệu điều khiển cĩ nhận biết đƣợc khi Robot hết bình, quá tải, mất sĩng RF để ngƣời điều khiển cĩ biện pháp khắc phục tức thời. - Bộ điều khiển từ xa dùng truyền thơng theo chuẩn UART với mã điều khiển mở, dễ thay đổi, cĩ khả năng mở rộng và phát triển tốt lên các ứng dụng điều khiển – giám sát cĩ yêu cầu cao hơn. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 61 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  68. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn II. NHỮNG KẾT QUẢ CHƢA ĐẠT ĐƢỢC VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Bên cạnh những kết quả đạt đƣợc, đề tài vẫn cịn những thiếu sĩt, hạn chế cần phải khắc phục: - Tổng khối lƣợng Robot 21Kg nhìn chung vẫn cịn khá nặng, cần đƣợc giảm xuống từ 1 ÷ 2.5 Kg để giản bớt sức cản của Robot khi làm việc dƣới nƣớc và hoạt động linh hoạt hơn trong khi vớt rác. Cĩ thể tối ƣu hĩa kích cỡ phần phao bằng ống cĩ đƣờng kính nhỏ hơn mà vẫn đảm bảo độ nổi an tồn. - Cải thiện việc thiết kế và gia cơgn phần gá đặt động cơ với trục chân vịt nhằm giảm độ lệch tâm. Giúp chân vịt đạt đƣợc vận tốc tối đa, hạn chế rung động của trục chân vịt dẫn đến làm hƣ phốt chặn ngồi từ đĩ nƣớc sẽ vào hộp chứa động cơ gây cháy. - Phạm vi thu nhận tín hiệu RF cịn hạn chế trong phạm vi 200m nên để đáp ứng tốt các ứng dụng cải tiến sau này cần thay thế Module cĩ tần số đáp ứng , phạm vi hoạt động xa hơn. - Lồng chƣa rác chƣa thực sự đạt hểu quả cao trong việc giữ rác khi Rbot làm việc. Cần cải tiến cơ cấu giữ rác trong lồng chứa nhƣng vẫn đảm bảo khơng ảnh hƣởng đến sự linh hoạt của Robot lúc làm việc. III. HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI - Tích hợp thêm bộ phận la bàn điện tử để việc điều khiển Robot vớt rác đƣợc thuận tiện và hƣớng duy chuyển chính xác hơn. - Do tính chất làm việc Robot là ở ngồi trƣời nên việc ứng dụng nguồn năng lƣợng pin mặt trời hết sức cần thiết. - Cĩ thể lắp camera ứng dụng cơng nghệ sử lý ảnh. Để Robot tự nhận biết địa điểm cĩ rác ơ nhiễm mà thực hiện vớt rác một cách tự động. Hiện nay vấn đề ơ nhiễm do rác thải sinh hoạt rất đáng lo ngại ở nƣớc ta. Đặt biệt là ở các thành phố lớn nhƣ Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng Thì việc nghiên cứu và phát triển thêm và cho ra đời những sản phẩm Robot vớt rác là hết sức thực tiễn và cần thiết. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 62 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  69. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn TÀI LIỆU THAM KHẢO Danh mục tài liệu sách: [1] Trần Cơng Nghị, Lý thuyết tàu – Động lực học tàu thủy, TP Hồ Chí Minh, 1/2004, Đại học Giao thơng vận tải TP Hồ Chí Minh. [2] Trần Cơng Nghị, Hướng dẫn thiết kế tàu vận tải biển, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh. [3] PGS.TS. Lê Hồng Bang (Chủ biên), KS. Nguyễ Tiến Lai, Thiết bị đẩy tàu thủy, NXB Giao thơng vận tải. [4] Lê Thanh Phong, Sức Bền Vật Liệu, Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh 2007 [5] Thomson, Embedded C Programming and the Atmel AVR Danh mục tài liệu Web: [1] nam.html (20/11/2011) [2] (25/11/2011) [3] gom-rac-tren-song.aspx (27/11/2011) [4] (10/12/2012) [5] (12/12/2012) [6] (20/12/2012) [7] (20/12/2012) [8] (25/12/2012) ewlink=4_1_11 (25/10/2012) Bùi Thị Ánh Quốc Trang 63 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  70. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn PHỤ LỤC Phần A: VI ĐIỀU KHIỂN I. Tổng quan về họ vi điều khiển AVR Vi điều khiển AVR do hãng Atmel sản xuất đƣợc giới thiệu lần đầu năm 1996. AVR cĩ rất nhiều dịng khác nhau bao gồm dịng Tiny AVR (nhƣ ATtiny13, ATtiny22 ) cĩ kích thƣớc bộ nhớ nhỏ, ít bộ phận ngoại vi, rồi đến dịng AVR (chẳng hạn AT90S8535, AT90S8515, ) cĩ kích thƣớc bộ nhớ vào loại trung bình và mạnh hơn là dịng Mega (nhƣ ATmega32, ATmega128, ) với bộ nhớ cĩ kích thƣớc vài Kbyte đến vài trăm Kb cùng với các bộ ngoại vi đa dạng đƣợc tích hợp trên chip, cũng cĩ dịng tích hợp cả bộ LCD trên chip (dịng LCD AVR). AVR là họ vi điều khiển 8 bit theo cơng nghệ mới, với những tính năng rất mạnh đƣợc tích hợp trong chip theo cơng nghệ RISC, nĩ mạnh ngang hàng với các họ vi điều khiển 8 bit khác nhƣ PIC, PSOC. Do ra đời muộn hơn nên họ vi điều khiển AVR cĩ nhiều tính năng mới đáp ứng tối đa nhu cầu của ngƣời sử dụng, so với họ 8051 ,89xx sẽ cĩ độ ổn định, khả năng tích hợp, sự mềm dẻo trong việc lập trình và rất tiện lợi. Tốc độ của dịng Mega cũng cao hơn so với các dịng khác. Sự khác nhau cơ bản giữa các dịng chính là cấu trúc ngoại vi, cịn nhân thì vẫn nhƣ nhau. Gần nhƣ chúng ta khơng cần mắc thêm bất kỳ linh kiện phụ nào khi sử dụng AVR ,thậm chí khơng cần nguồn tạo xung clock cho chíp (thƣờng là khối thạch anh) . Thiết bị lập trình (mạch nạp) cho AVR rất đơn giản ,cĩ loại mạch nạp chỉ cần vài điện trở là cĩ thể làm đƣợc ,một số AVR cịn hỗ trợ lập trình On-Chip bằng bootloader khơng cần mạch nạp Bên cạnh lập trình bằng ASM ,cấu trúc AVR đƣợc thiết kế tƣơng thích với C .  Các tính năng mới của họ AVR : - Giao diện SPI đồng bộ ,giao tiếp I2C ,USART - Cĩ thể sử dụng xung clock lên đến 16MHz ,hoặc sử dụng xung clock nội lên đến 8MHz - Bộ nhớ flash cĩ thể lập trình lại rất nhiều lần và dung lƣợng lớn ,cĩ SRAM(Ram tĩnh)lớn và đặc biệt cĩ bộ nhớ lƣu trữ đƣợc EEPROM . Bùi Thị Ánh Quốc Trang 64 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  71. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn - Nhiều ngõ vào ra (I/O PORT) 2 hƣớng (bi-directional) .8 bits và 16 bits Timer/Counter tích hợp PWM . - Chức năng Analog comparator - Các bộ chuyển đổi Analog- Digital phân giải 10 bits nhiều kênh . Hình A.1:Sơ đồ chân của ATMega8 ATMega8 là một con Vi Điều Khiển thuộc dịng Mega AVR của hãng ATMEL. Dịng Vi Điều Khiển này cĩ tính năng nổi trội nhƣ: Rất tiết kiệm năng lƣợng, hiệu suất cao CPU cĩ kiến trúc RISC, cĩ 130 lệnh, hầu hết chúng thực hiện chỉ trong một chu kỳ xung clock. 32 thanh ghi đa dụng Tốc độ tối đa lên đến 16MIPS với thạch anh 16MHz Bộ nhớ phân đoạn, cĩ độ bền cao khơng dễ bay hơi Cĩ 8KB bộ nhớ Flash lập trình ISP 512Bytes EEPROM 1KB SRAM Bùi Thị Ánh Quốc Trang 65 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  72. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Chu kỳ ghi/xĩa 10.000 lần cho bộ nhớ Flash ROM, và 100.000 cho EEPROM Dữ liệu khơng bị mất sau 20 năm (ở 850C) và 100 năm (ở 250C) Cĩ tính năng bảo mật Tính năng ngoại vi 2 bộ Timer/Counter 8 bit, 1 bộ so sánh 1 bộ Timer/Counter 16 bit Bộ đếm Thời gian thực với dao động riêng 3 kênh PWM 6 kênh ADC 10 bits cho kiểu vỏ PDIP, và 8 kênh ADC 10 bít cho kiểu vỏ TQFP Giao tiếp nối tiếp TWI Lập trình nối tiếp USART, giao tiếp nối tiếp SPI master/slave Bộ so sánh Analog on-chip Tính năng đặc biệt của ATMega8 Hiệu chuẩn bộ dao động RC nội Bộ nguồn ngắt bên ngồi và bên trong Năm chế độ Sleep: Idle, giảm nhiễu ADC, tiết kiệm năng lƣợng, Power- down, và chế độ chờ (stand by) Đĩng gĩi & I/O 23 ngõ vào/ra khả trình Đƣợc đĩng gĩi trong 28 chân kiểu vỏ PDIP Điện áp hoạt động 2,7 - 5.5V (ATmega8L) 4.5 - 5.5V (ATmega8) Tần số hoạt động – 0 - 8 MHz (ATmega8L) – 0 - 16 MHz (ATmega8) II. Cấu truc Port xuất nhập. Hình A.2: Cấu trúc chân của AVR Bùi Thị Ánh Quốc Trang 66 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  73. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn ATMega8 cĩ 3 Port xuất nhập: PortB (cĩ 8 bits), PortC (7 bits), PortD (cĩ 8 Bits). Mỗi một cổng của Vi điều khiển đƣợc liên kết với 3 thanh ghi: PORTx, DDRx, PINx. 3 thanh ghi này sẽ phối hợp với nhau để điều khiển hoạt động của cổng thành lối vào sử dụng Pull-up Cấu trúc chân của AVR cĩ thể phân biệt rõ chức năng (vào/ra), trạng thái (0/1) từ đĩ ta cĩ 4 kiểu vào ra cho một chân của AVR. Khác với 89xx là chỉ cĩ 2 trạng thái duy nhất (0 1) . Đặc biệt nguồn từ chân của AVR đủ khoẻ để điều khiển Led trực tiếp (dịng khoảng hàng chục mA) cịn 89xx chỉ là vài uA . Để điều khiển các chân này chúng ta cĩ 2 thanh ghi: PORTx :giá trị tại từng chân (0 – 1) cĩ thể truy cập tới từng bit PORTx.n DDRx : thanh ghi chỉ trạng thái của từng chân , vào hoặc là ra . Thanh ghi DDRx Đây là thanh ghi 8 bits (cĩ thể đọc ghi) cĩ chứ năng điều khiển hƣớng của cổng (là lối vào hay lối ra). Khi một bit của thanh ghi này đƣợc set lên 1 thì chân tƣơng ứng với nĩ đƣợc cấu hình thành ngõ ra. Ngƣợc lại nếu của thanh ghi DDRx là 0 thì chân tƣơng ứng của nĩ đƣợc thiết lập thành ngõ vào. Lấy ví dụ: Khi ta set tất cả 8 bit của thanh ghi DDRD đều là 1, thì 8 chân tƣơng ứng của PORTD là PORTD.0, PORTD.1, , PORTD.7 đƣợc thiết lập là ngõ ra. Hình A.3: Thanh ghi DDRD Bùi Thị Ánh Quốc Trang 67 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  74. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn  Thanh ghi Protx PORTx là thanh ghi 8 bit cĩ thể đọc ghi. Đây là thanh ghi dữ liệu của PORTx. Nếu thânh ghi DDRx thiết lập cổng là lối ra, khi đĩ giá trị của thanh ghi PORTx cũng là giá trị của các chân tƣơng ứng của PORTx, nĩi cách khác, khi ta ghi một giá trị logic lên bit 1 của thanh ghi này thì chân tƣơng ứng của bit đĩ cũng cĩ cùng mức logic. Khi thanh ghi DDRx thiết lập cổng thành lối vào thì thanh ghi PORTx đĩng vai trị nhƣ một thanh ghi điều khiển cổng. Cụ thể, nếu một bit của thanh ghi này đƣợc ghi thành 1 thì điện trở treo (pull-up resistor) ở chân tƣơng ứng với nĩ sẽ đƣợc kích hoạt, ngƣợc lại nếu bit đƣợc ghi thành 0 thì điện trở treo ở chân tƣơng ứng sẽ khơng đƣợc kích hoạt, cổng ở trạng thái tổng trở cao. Hình A.4: Thanh ghi PORTD Hình A.5: Cấu hình chân của ATMega8 Bùi Thị Ánh Quốc Trang 68 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  75. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Hình A.6: Cấu trúc bên trong của một cổng vào ra cơ bản Bùi Thị Ánh Quốc Trang 69 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  76. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn PhầnB: MỘT SỐ CODE CHÍNH CỦA CHƢƠNG TRÌNH CODE ĐIỀU KHIỂN TRÊN ROBOT  Phần định nghĩa: #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include  Phần code khởi tạo biến // Bit Flag task Timer static bit Flag_10ms,Flag_100ms,Flag_1s; // Bien dem ngat timer static unsigned int Count_10ms,Count_100ms,Count_1s; unsigned char temp_L,temp_H,temp_H_L,temp_H_R; char Str_L[5]="128",Str_R[5]="128"; unsigned char over_time; int Pwm_Temp_L,Pwm_Temp_R; Bùi Thị Ánh Quốc Trang 70 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  77. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn  Khởi tạo ADC: #define FIRST_ADC_INPUT 0 #define LAST_ADC_INPUT 2 unsigned int adc_data[LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT+1]; #define ADC_VREF_TYPE 0x00 // ADC interrupt service routine // with auto input scanning interrupt [ADC_INT] void adc_isr(void) { static unsigned char input_index=0; // Read the AD conversion result adc_data[input_index]=ADCW; // Select next ADC input if (++input_index > (LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT)) input_index=0; ADMUX=(FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE & 0xff))+input_index; // Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage delay_us(10); // Start the AD conversion ADCSRA|=0x40; }  Phần khởi tạo chip // Declare your local variables here // Input/Output Ports initialization // Port B initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=Out Func1=Out Func0=In Bùi Thị Ánh Quốc Trang 71 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  78. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=0 State1=0 State0=T PORTB=0x01; DDRB=0x0F; // Port C initialization // Func6=In Func5=Out Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State6=T State5=1 State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTC=0x20; DDRC=0x20; // Port D initialization // Func7=Out Func6=Out Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=0 State6=0 State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTD=0x00; DDRD=0xF0; // Timer/Counter 0 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 0 Stopped TCCR0=0x02; TCNT0=0x00; // Timer/Counter 1 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: 1000.000 kHz // Mode: Ph. correct PWM top=0x00FF // OC1A output: Non-Inv. Bùi Thị Ánh Quốc Trang 72 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  79. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn // OC1B output: Non-Inv. // Noise Canceler: Off // Input Capture on Falling Edge // Timer1 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off TCCR1A=0xA1; TCCR1B=0x02; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; // Timer/Counter 2 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer2 Stopped // Mode: Normal top=0xFF // OC2 output: Disconnected ASSR=0x00; TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; // External Interrupt(s) initialization // INT0: Off Bùi Thị Ánh Quốc Trang 73 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  80. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn // INT1: Off MCUCR=0x00; // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x01; // USART initialization // Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity // USART Receiver: On // USART Transmitter: On // USART Mode: Asynchronous // USART Baud Rate: 9600 UCSRA=0x00; UCSRB=0xD8; UCSRC=0x86; UBRRH=0x00; UBRRL=0x33; // Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off // Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80; SFIOR=0x00; // ADC initialization // ADC Clock frequency: 125.000 kHz // ADC Voltage Reference: Int., cap. on AREF ADMUX=FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE & 0xff); ADCSRA=0xCE; // SPI initialization Bùi Thị Ánh Quốc Trang 74 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  81. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn // SPI disabled SPCR=0x00; // TWI initialization // TWI disabled TWCR=0x00; // Global enable interrupts #asm("sei") Code chƣơng trình chính. void main(void) { init(); #asm("sei") delay_ms(500); // while (1) { if(Flag_10ms==En) {Flag_10ms=Dis;Task_10ms();} if(Flag_100ms==En){Flag_100ms=Dis;Task_100ms();} if(Flag_1s==En) {Flag_1s=Dis;Task_1s();} } } Code tạo các sự kiện báp cờ 10ms,100ms,1s interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void) { TCNT0=200; // ok 160 Count_10ms++; Bùi Thị Ánh Quốc Trang 75 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  82. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn // Set Flag Task 10ms if(Count_10ms==100){Flag_10ms=En;Count_10ms=0;Count_100ms++;} // Set Flag Task 100ms if(Count_100ms==10){Flag_100ms=En;Count_100ms=0;Count_1s++;} // Set Flag Task 1s if(Count_1s==10) {Flag_1s=En;Count_1s=0; } }  Phần code nhận dữ liệu: // USART Receiver buffer #define RX_BUFFER_SIZE 8 char rx_buffer[RX_BUFFER_SIZE]; #if RX_BUFFER_SIZE <= 256 unsigned char rx_wr_index,rx_rd_index,rx_counter; #else unsigned int rx_wr_index,rx_rd_index,rx_counter; #endif // This flag is set on USART Receiver buffer overflow // USART Receiver interrupt service routine interrupt [USART_RXC] void usart_rx_isr(void) { char status,data; status=UCSRA; data=UDR; if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN))==0) Bùi Thị Ánh Quốc Trang 76 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  83. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn { switch (data) { case 'a': strcpyf(rx_buffer,"\0"); rx_wr_index=0; over_time=0; break; case 'b': strlcpy(Str_R,rx_buffer,rx_wr_index); strcpyf(rx_buffer,"\0"); rx_wr_index=0; break; case 'c': strlcpy(Str_L,rx_buffer,rx_wr_index); strcpyf(rx_buffer,"\0"); rx_wr_index=0; break; default: rx_buffer[rx_wr_index]=data; rx_wr_index++; break; } } } #ifndef _DEBUG_TERMINAL_IO_ // Get a character from the USART Receiver buffer #define _ALTERNATE_GETCHAR_ Bùi Thị Ánh Quốc Trang 77 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  84. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn #pragma used+ char getchar(void) { char data; while (rx_counter==0); data=rx_buffer[rx_rd_index++]; #if RX_BUFFER_SIZE != 256 if (rx_rd_index == RX_BUFFER_SIZE) rx_rd_index=0; #endif #asm("cli") rx_counter; #asm("sei") return data; } #pragma used- #endif // USART Transmitter buffer #define TX_BUFFER_SIZE 8 char tx_buffer[TX_BUFFER_SIZE]; #if TX_BUFFER_SIZE <= 256 unsigned char tx_wr_index,tx_rd_index,tx_counter; #else unsigned int tx_wr_index,tx_rd_index,tx_counter; #endif // USART Transmitter interrupt service routine interrupt [USART_TXC] void usart_tx_isr(void) { Bùi Thị Ánh Quốc Trang 78 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  85. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn if (tx_counter) { tx_counter; UDR=tx_buffer[tx_rd_index++]; #if TX_BUFFER_SIZE != 256 if (tx_rd_index == TX_BUFFER_SIZE) tx_rd_index=0; #endif } } #ifndef _DEBUG_TERMINAL_IO_ // Write a character to the USART Transmitter buffer #define _ALTERNATE_PUTCHAR_ #pragma used+ void putchar(char c) { while (tx_counter == TX_BUFFER_SIZE); #asm("cli") if (tx_counter || ((UCSRA & DATA_REGISTER_EMPTY)==0)) { tx_buffer[tx_wr_index++]=c; #if TX_BUFFER_SIZE != 256 if (tx_wr_index == TX_BUFFER_SIZE) tx_wr_index=0; #endif ++tx_counter; } else UDR=c; #asm("sei") } Bùi Thị Ánh Quốc Trang 79 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  86. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn #pragma used- #endif // Standard Input/Output functions #include Task 10ms: void Task_10ms(void) { temp_L=atoi(Str_L); temp_H=atoi(Str_R); if(temp_H>125) {temp_H_L=temp_H-125;temp_H_R=0;} else {temp_H_R=126-temp_H;temp_H_L=0;} if (temp_L 127)temp_L=127; Pwm_Temp_L=(2*(temp_L-1))-temp_H_L; Pwm_Temp_R=(2*(temp_L-1))-temp_H_R; if(Pwm_Temp_L<0)Pwm_Temp_L=0; if(Pwm_Temp_R<0)Pwm_Temp_R=0; Pwm_L =(unsigned char)(Pwm_Temp_L); Pwm_R =(unsigned char)(Pwm_Temp_R); } Task 100ms: void Task_100ms(void) { over_time++; if(over_time==10) {strcpyf(Str_L,"128");strcpyf(Str_R,"128");over_time=15;} } Bùi Thị Ánh Quốc Trang 80 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  87. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn Task 1s: void Task_1s(void) { if(Adc_Batt #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include  Phần code khởi tạo biến // Bit Over_Load static bit Batt_Low=0; Bùi Thị Ánh Quốc Trang 81 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  88. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn // Bit Flag task Timer static bit Flag_10ms,Flag_100ms,Flag_1s; // Bien dem ngat timer static unsigned int Count_10ms,Count_100ms,Count_1s; static unsigned char Pwm_L,Pwm_R; char str[5],strput[15];  Khởi tạo ADC: #define FIRST_ADC_INPUT 0 #define LAST_ADC_INPUT 2 unsigned int adc_data[LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT+1]; #define ADC_VREF_TYPE 0x00 // ADC interrupt service routine // with auto input scanning interrupt [ADC_INT] void adc_isr(void) { static unsigned char input_index=0; // Read the AD conversion result adc_data[input_index]=ADCW; // Select next ADC input if (++input_index > (LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT)) input_index=0; ADMUX=(FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE & 0xff))+input_index; // Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage delay_us(10); // Start the AD conversion ADCSRA|=0x40; }  Phần khởi tạo chip Bùi Thị Ánh Quốc Trang 82 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  89. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn void init(void) { // Declare your local variables here // Input/Output Ports initialization // Port B initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=Out Func1=Out Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=0 State1=0 State0=T PORTB=0x01; DDRB=0x0F; // Port C initialization // Func6=In Func5=Out Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State6=T State5=1 State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTC=0x20; DDRC=0x20; // Port D initialization // Func7=Out Func6=Out Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=0 State6=0 State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTD=0x00; DDRD=0xF0; // Timer/Counter 0 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 0 Stopped TCCR0=0x02; Bùi Thị Ánh Quốc Trang 83 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  90. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn TCNT0=0x00; // Timer/Counter 1 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: 1000.000 kHz // Mode: Ph. correct PWM top=0x00FF // OC1A output: Non-Inv. // OC1B output: Non-Inv. // Noise Canceler: Off // Input Capture on Falling Edge // Timer1 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off TCCR1A=0xA1; TCCR1B=0x02; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; // Timer/Counter 2 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer2 Stopped // Mode: Normal top=0xFF // OC2 output: Disconnected Bùi Thị Ánh Quốc Trang 84 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  91. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn ASSR=0x00; TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; // External Interrupt(s) initialization // INT0: Off // INT1: Off MCUCR=0x00; // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x01; // USART initialization // Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity // USART Receiver: On // USART Transmitter: On // USART Mode: Asynchronous // USART Baud Rate: 9600 UCSRA=0x00; UCSRB=0xD8; UCSRC=0x86; UBRRH=0x00; UBRRL=0x33; // Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off // Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80; SFIOR=0x00; Bùi Thị Ánh Quốc Trang 85 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  92. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn // ADC initialization // ADC Clock frequency: 125.000 kHz // ADC Voltage Reference: Int., cap. on AREF ADMUX=FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE & 0xff); ADCSRA=0xCE; // SPI initialization // SPI disabled SPCR=0x00; // TWI initialization // TWI disabled TWCR=0x00; // Global enable interrupts #asm("sei") // Global enable interrupts };  Phần code nhận dữ liệu: // USART Receiver buffer #define RX_BUFFER_SIZE 8 char rx_buffer[RX_BUFFER_SIZE]; #if RX_BUFFER_SIZE <= 256 unsigned char rx_rd_index,rx_counter; #else unsigned int rx_wr_index,rx_rd_index,rx_counter; #endif Bùi Thị Ánh Quốc Trang 86 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  93. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn // This flag is set on USART Receiver buffer overflow // USART Receiver interrupt service routine interrupt [USART_RXC] void usart_rx_isr(void) { char status,data; status=UCSRA; data=UDR; if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN))==0) { switch (data) { case 'y': Led_R2=1; break; } } } Task 100ms: void Task_100ms(void) { // Place your code here Pwm_L=Adc_L/4; Pwm_R=Adc_R/4; Bùi Thị Ánh Quốc Trang 87 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn
  94. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đồn strcpyf(strput,"a"); itoa(Pwm_L,str); strcat(strput,str); strcatf(strput,"b"); strcpyf(str,"\0"); itoa(Pwm_R,str); strcat(strput,str); strcatf(strput,"c"); puts(strput); putchar('\n\r'); strcpyf(str,"\0"); strcpyf(strput,"\0"); } Task 1s: void Task_1s(void) { if(Adc_Batt<820) ; cho led chop tat } Bùi Thị Ánh Quốc Trang 88 Võ Thành Luận Trƣơng Hữu Tồn